(57)【要約】【課題】  光素子が湿度の高い環境にあっても吸湿により劣化することはなく、出力の安定した光モジュール及び当該光モジュールを具備する電子機器を提供すること。【解決手段】  面発光レーザ３が耐湿性を有するパッケージ４と基板２とにより密閉されているので、光モジュール１が高湿下にある場合でも面発光レーザ３は外気にさらされることはなく、外気に含まれる水分が遮断されパッケージ４内部に滲入することもない。これにより、面発光レーザ３が吸湿して劣化することはなく、面発光レーザ３の耐湿性を確保することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、光を入射する入射面又は光を射出する射出面が前記基板に対向するように前記基板に実装された光素子とを有する光モジュールであって、
前記光素子が、耐湿性を有するパッケージと前記基板とにより密閉されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記パッケージの内部に、前記光素子を駆動する半導体素子が封入されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光素子が、導電性を有する樹脂又は導電粒子が混入された樹脂を介して前記基板に実装されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記基板が、少なくとも前記光素子の入射光又は射出光に対して透過性を有する材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記入射面又は前記射出面と前記基板との間には、少なくとも前記入射光又は射出光に対して透過性を有するとともに前記基板の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する材料が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光素子が、半導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記基板が、ガラス又はポリイミドを用いて形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記パッケージが、金属又はセラミックを用いて形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記パッケージと前記基板との当接部が、ハンダ又はガラスを用いて封止されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のうちいずれか一項に記載の光モジュールを具備することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板上に光素子を実装してなる光モジュール及び当該光モジュールが搭載された電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気配線が形成された基板に半導体レーザ等の光素子を低温・低加重で実装する方法の一つとして、光素子の光入射面又は光射出面を基板に向け導体バンプを介して搭載実装する方法が知られている（フリップチップ実装）。フリップチップ実装された光素子の光入射面及び光射出面と基板との間には、例えば樹脂等のアンダーフィル剤が充填されており、光入射面及び光射出面がコーティングされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このように実装された光素子は、例えば温度８５℃、湿度８５％の高温高湿の環境下であっても正常に動作することが求められる。  
【特許文献１】特開２００４−８６１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような高温高湿の環境下において、アンダーフィル剤でコーティングされただけでは光素子が内部に水分を吸収する、いわゆる吸湿を起こしてしまう。吸湿されて内部に滲入した水分は光素子を劣化させ、例えば光素子からの射出光の強度が安定しなくなる等の問題が発生する。このため、光素子の信頼性が損なわれてしまう。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光素子が湿度の高い環境にあっても吸湿により劣化することはなく、出力の安定した光モジュール及び当該光モジュールを具備する電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る光モジュールは、基板と、光を入射する入射面又は光を射出する射出面が前記基板に対向するように前記基板に実装された光素子とを有する光モジュールであって、前記光素子が、耐湿性を有するパッケージと前記基板とにより密閉されていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、「耐湿性を有する」とは、湿気を遮断して水分を滲入させないことをいう。  
本発明によれば、光素子が耐湿性を有するパッケージと基板とにより密閉されているので、光モジュールが高湿下にある場合でも光素子は外気にさらされることはなく、外気に含まれる水分が遮断されパッケージ内部に滲入することもない。これにより、光素子が吸湿して劣化することはなく、光素子の耐湿性を確保することができる。
【０００８】
また、本発明に係る光モジュールは、前記パッケージの内部に、前記光素子を駆動する半導体素子が封入されていることが好ましい。本発明では、例えば半導体素子を予めパッケージ内に実装しておくことができる。この場合、半導体素子と光素子とを電気的に接続する配線は、パッケージの内部に形成することができるので、基板上に半導体素子を実装する必要がなく、基板上に形成される配線を少なくすることができる。また、半導体素子と光素子とを近接して設けることができるので、当該半導体素子及び光素子を接続する配線を短く形成することができる。したがって、配線の形成が容易になり、配線による電気抵抗を低く抑えることができる。また、本発明では、半導体素子と光素子とを並べて基板に実装し、まとめて密閉することも可能である。これにより、半導体素子や配線も密閉されるので、当該半導体素子や配線が湿気により劣化することも防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明に係る光モジュールは、前記光素子が、導電性を有する樹脂又は導電粒子が混入された樹脂を介して前記基板に実装されていることが好ましい。これにより、光素子を確実に実装することが可能である。また、上記のパッケージ及び基板は、光素子を密閉しているのと同時に当該光素子を基板に実装するために用いられる樹脂をも密閉しているので、これらの樹脂が湿気により劣化することも防ぐことができる。また、例えば異方性導電膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）等を用いる場合には、光素子と基板との電気的接続と、アンダーフィル剤による封止とを兼用することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る光モジュールは、前記基板が、少なくとも前記光素子の入射光又は射出光に対して透過性を有する材料を用いて形成されることが好ましい。これにより、基板を透過させて光素子からの射出光又は外部から光素子への入射光を伝えることもできる。したがって、この基板には光に対して高い透過性を有する材料を用いることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る光モジュールは、前記光素子が、半導体レーザであることが好ましい。本発明に用いられる光素子としては、例えば半導体レーザ（面発光レーザも含む）のような発光素子の他、フォトダイオードのような受光素子等を挙げることもできる。また、発光素子と受光素子とを併用する場合や、それぞれ複数使用する場合であっても、本発明の適用は勿論可能である。
【００１２】
また、本発明に係る光モジュールは、前記入射面又は前記射出面と前記基板との間には、少なくとも前記入射光又は射出光に対して透過性を有するとともに前記基板の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する材料が充填されていることが好ましい。これにより、光が入射面又は射出面と基板との間を伝送する際に、その伝送損失を抑えることができる。加えて、上記パッケージ及び基板は、光素子、樹脂と同様に、入射面又は射出面に充填されるアンダーフィル剤をも密閉しているので、かかるアンダーフィル剤が湿気により劣化することも防ぐこともできる。この場合、例えば透過性や屈折率が所望の値であれば、耐湿性の低い材料であってもアンダーフィル剤として採用することができる、すなわち、アンダーフィル剤の材料を広く選択することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る光モジュールは、前記基板が、ガラス又はポリイミドを用いて形成されることが好ましい。ガラス又はポリイミドは高い光透過性を有するため、光が基板を透過する際の損失を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明に係る光モジュールは、前記パッケージが、金属又はセラミックを用いて形成されることが好ましい。金属やセラミックは、湿気を遮断して水分を滲入させない性質が特に顕著であるため、パッケージ内部に水分が滲入するのを保護することができる。金属の中には水により酸化されて腐食・劣化するものも見られるが、例えば外気にさらされる面に予め酸化防止の処理等をしておくことでこのような腐食・劣化を防ぐことが可能であるため、本発明にも十分に適用することができる。
【００１５】
また、本発明に係る光モジュールは、前記パッケージと前記基板との当接部が、ハンダ又はガラスを用いて封止されていることが好ましい。本発明によれば、パッケージと基板との当接部から水分が滲入するのを防ぐことができる。当接部の封止に用いられるハンダ又はガラスは、例えば樹脂などに比べて耐湿性が高いため、より効果的に水分の滲入を防ぐことができる。ガラスについては、例えば低融点ガラスを用いても良い。
【００１６】
本発明に係る電子機器は、上記の光モジュールを具備することが好ましい。本発明によれば、光素子が湿度の高い環境にあっても吸湿により劣化することはないので、光素子からの出力が安定した、良質の電子機器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る光モジュールの実施の形態を図面に基づき説明する。以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。  
図１は、本実施形態に係る光モジュール１の全体構成を概略的に示す断面図である。  
光モジュール１は、表面に配線等が形成された基板２と、基板２に向けてレーザ光の射出面５ａが基板２と対向するように実装された面発光レーザ３と、基板２との間で面発光レーザ３を密閉しているパッケージ４とを有する。  
図２は、面発光レーザ３の構成をより詳細に示す図であり、図３は、図２に示す面発光レーザを下側から見た図である。なお、図２においては、多層膜反射鏡３ｂ側を上側、３ｃ側を下側として説明する。
【００１８】
面発光レーザ３は、例えば活性層３ａとこの活性層３ａの上下に設けられた多層膜反射鏡３ｂ及び３ｃとの３段構造になっており、面発光レーザ３を射出面５ａ側から見たときの縦の長さｔ１及び横の長さｔ２はそれぞれ約３００〜５００μｍ、面発光レーザ３の厚みｈ１は約２５０〜３５０μｍ、半導体レーザ３の下面３ｄから基板２の表面２ａまでの高さｈ２は約３０μｍである。活性層３ａは、例えばガリウム砒素等の半導体で形成され、電気エネルギーを光エネルギーに変換することでレーザ光が発生するようになっている。各多層膜反射鏡３ｂ、３ｃは、屈折率の異なる材料を交互に積み重ねた多層構造になっており、活性層３ａで発生したレーザ光が増幅されるようになっている。面発光レーザ３の例えば下面３ｄの中央部には、活性層３ａで発生したレーザ光を基板２に向けて射出する射出口５が形成される。また、下面３ｄには、外部からの電気信号が面発光レーザ３へ供給されるようにバンプ６が複数、例えば６個設けられ、射出口５を挟んで３個ずつ２列に配置される（図３）。
【００１９】
図１へ戻って、基板２の構成について説明する。基板２は、面発光レーザ３から射出されるレーザ光に対して高い透過性を有する材料、例えばガラスやポリイミド等により形成される。基板２の表面２ａには面発光レーザ３を駆動するための半導体素子（図示せず）、面発光レーザ３の各バンプ６と電気的に接続するための複数のパッド端子８、半導体素子と各パッド端子８とを電気的に接続する配線（図示せず）が形成される。半導体素子は、例えばシリコン等で形成されるＩＣチップであり、当該半導体素子には面発光レーザ３を駆動するための駆動回路が形成されている。パッド端子８は、バンプ６の配置に対応するように６個設けられ、３個×２列で配置される。配線は、例えば銅やＩＴＯ（Indium Tin  Oxide）等で形成される。基板２の裏面２ｂ側には、面発光レーザ３からのレーザ光を外部に伝導する光導波路１０が例えば円筒状に形成される。光導波路１０は、屈折率の高いコア部が円筒の芯部に形成され、コア部の周りに屈折率の低いクラッド部が形成される。コア部及びクラッド部を形成する材料として、例えばポリイミドやフォトニック結晶等が用いられる。
【００２０】
パッド端子８とバンプ６とは、導電性粒子１１を含有した樹脂１２を介して電気的に接続される。導電性粒子１１の材料としては、例えば銀、金、銅、ニッケル等の金属や炭素等、導電性を有する物質が用いられる。樹脂１２は、例えば紫外線（ＵＶ）や電子線（ＥＢ）の照射を受けることによって架橋し硬化する光硬化性樹脂や、熱を受けることによって架橋し硬化する熱硬化性樹脂が用いられる。例えばモノマータイプの樹脂としては、単官能アクリレートや多官能アクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等が用いられ、オリゴマータイプの樹脂としては、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、反応性ポリアクリレート、カルボキシル変性型反応性ポリアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、シリコンアクリレート、アミノプラスト樹脂アクリレート等が用いられる。樹脂１２として光硬化性樹脂を用いる場合、硬化反応の際に照射される光が樹脂全体に行き届くよう、十分な光透過性を有するものが好ましい。なお、導電性粒子１１を含有した樹脂１２については、例えば公知の異方性導電樹脂（Anisotropic Conductive Past；ＡＣＰ）をそのまま用いることもできる。このように、面発光レーザ３は、導電性粒子１１、パッド端子８及び配線を介して半導体素子と電気的に接続されるように、基板２上に固定されて実装される。
【００２１】
パッド端子８及びバンプ６の近傍に形成された樹脂１２だけでは射出口５付近まで充填できないため、面発光レーザ３の射出口５と基板２との間（レーザ光の光路となる部分）にはアンダーフィル剤１３が充填されている。アンダーフィル剤１３には、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が用いられる。この場合、アンダーフィル剤１３はレーザ光の光路上に充填されることになるため、特に光透過性が高い材料を用いることが好ましく、レーザ光を拡散させないノンフィラー型の材料を用いることがより好ましい。また、アンダーフィル剤１３から基板２にレーザ光が入射する際の伝送損失を抑えるために、基板２の屈折率とほぼ同一の屈折率を有する材料を用いるようにすれば一層好ましい形態となる。
【００２２】
図４は、パッケージ４の構成を概略的に示す斜視図である。  
パッケージ４は、耐湿性を有する材料、例えばステンレス等の金属やセラミック等から形成され、側部４ａ及び底部４ｂで囲まれた収容部４ｃを有する枡形の形状をしている。ここで、「耐湿性を有する」とは、湿気を遮断して水分を滲入させないことをいう。収容部４ｃの大きさは、面発光レーザ３がぴったり収容されるように例えば面発光レーザ３の大きさに合わせて収容部の縦の長さＴ１及び横の長さＴ２を３００〜５００μｍ、深さＨを２８０〜３８０μｍとしても良いし、光モジュール１の小型化・軽量化を妨げない範囲であれば、例えば位置あわせしやすいように面発光レーザ３の大きさよりも収容部４ｃがやや大きくなるようにＴ１、Ｔ２及びＴ３の値を設定しても構わない。パッケージ４の側部４ａの厚さは５０μｍ以上であり、底部４ｂの厚さは５０μｍ以上である。
【００２３】
パッケージ４は、図１に示すように、面発光レーザ３に覆い被せるように、すなわち、面発光レーザ３、樹脂１２、アンダーフィル剤１３等が収容部４ｃに収まるように配置される。また、口部４ｄを基板２に当接させ、基板２と口部４ｄとの当接部に接着部材１４を施すことにより基板２に接着され固定される。接着部材１４には、基板２と口部４ｄの隙間から湿気や水分が滲入するのを防ぐため、例えば樹脂等に比べて耐湿性の高い材料、例えばハンダや低融点ガラス等が用いられる。このようにパッケージ４、基板２及び接着部材１４により、面発光レーザ３や樹脂１２、アンダーフィル剤１３等が密閉されるようになっている。
【００２４】
本実施形態によれば、面発光レーザ３が耐湿性を有するパッケージ４と基板２とにより密閉されているので、光モジュール１が高湿下にある場合でも面発光レーザ３は外気にさらされることはなく、外気に含まれる水分が遮断されパッケージ４内部に滲入することもない。これにより、面発光レーザ３が吸湿して劣化することはなく、面発光レーザ３の耐湿性を確保することができる。また、面発光レーザ３にパッケージ４を被せ、基板２と口部４ｄとの当接部に接着部材１４を施すだけで密閉することができるため、パッケージ４の設置を容易に行うこともできる。
【００２５】
（第２実施形態）  
以下、本発明に係る光モジュールの第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。また、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、半導体素子と面発光レーザ３とをともにパッケージ４内に密閉している点で第１の実施形態とは大きく異なっている。
【００２６】
図５は、本実施形態に係る光モジュール２０１の構成を概略的に示す断面図である。  
光モジュール２０１は、表面に配線等が形成された基板２と、基板２に向けてレーザ光の射出面が基板２の方を向くように実装された面発光レーザ３と、基板２との間で面発光レーザ３及び半導体素子１５を密閉しているパッケージ４と、当該パッケージ４の底部４ｂに予め実装された面発光レーザ３駆動用の半導体素子１５とを有する。
【００２７】
この光モジュール２０１において、半導体素子１５にはバンプ１６が形成されている。また、特にパッケージ４が導電性を有する材料で構成されている場合には、パッケージ４の側部４ａ及び底部４ｂの内側は、例えば絶縁膜（図示せず）で覆われており、底部４ｂ内側の絶縁膜上にパッド端子（図示せず）が形成されている。バンプ１６とパッド端子とは、例えば導電性粒子１１を含有した樹脂１２を介して電気的に接続されており、この樹脂１２により半導体素子１５がパッケージ４に実装されている。パッケージ４の側部４ａ内側の絶縁膜上及び基板２には、このパッド端子からパッド端子８に電気的に接続するための配線（図示せず）が形成されている。
【００２８】
このように、半導体素子１５が予めパッケージ４の内部に実装されるようにしたので、基板２に半導体素子１５を実装する必要がない。また、半導体素子１５と面発光レーザ３とを電気的に接続する配線を、パッケージ４の内部に形成したので、基板２上に形成される配線を少なくすることができる。したがって、配線の形成が容易になり、配線による電気抵抗を低く抑えることができる。また、半導体素子１５や配線も密閉されるので、当該半導体素子１５や配線が湿気により劣化することも防ぐことができる。
【００２９】
図６は、本実施形態に係る他の光モジュール３０１の構成を概略的に示す断面図である。  
光モジュール３０１は、表面に配線等が形成された基板２と、基板２に向けてレーザ光の射出面が基板２の方を向くように実装された面発光レーザ３と、当該面発光レーザの隣に実装された面発光レーザ３駆動用の半導体素子１５と、基板２との間で面発光レーザ３及び半導体素子１５を密閉しているパッケージ４とを有する。
【００３０】
この光モジュール３０１において、半導体素子１５にはバンプ１６が形成されている。また、基板２には、パッド端子（図示せず）が形成されている。当該パッド端子とバンプ１６とは、導電性粒子１１を含有した樹脂１２を介して電気的に接続されており、この樹脂１２により半導体素子１５が基板２に実装されている。基板２には、このパッド端子からパッド端子８に電気的に接続するための配線（図示せず）が形成されている。
【００３１】
このように、半導体素子１５が面発光レーザ３と隣接して実装されるようにしたので、面発光レーザ３と半導体素子１５とを電気的に接続するための配線を短く形成することができる。したがって、配線の形成が容易になり、配線による電気抵抗を低く抑えることができる。また、半導体素子１５や配線も密閉されるので、当該半導体素子１５や配線が湿気により劣化することも防ぐことができる。
【００３２】
（電子機器）
次に、上記実施形態の光モジュール１、２０１及び３０１を備えた電子機器として、携帯電話を例に挙げて説明する。  
図７は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図７において、符号１０００は上記の光モジュール１、２０１及び３０１を備えた携帯電話本体を示し、符号１００１は表示部を示している。ここで、光モジュール１、２０１及び３０１は、携帯電話機本体１０００における光信号出力手段などとして用いられる。
【００３３】
上記実施形態に係る光モジュール１、２０１及び３０１は、図７で説明したほかに、種々の電子機器に対して適用できる。例えば光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線ＲＦ回路、携帯電話、無線ＬＡＮ等にも適用できる。
【００３４】
上述した光モジュール１、２０１及び３０１を電子機器に搭載することにより、面発光レーザ３が湿度の高い環境にあっても吸湿により劣化することはないので、当該面発光レーザ３からの出力が安定した、良質の電子機器を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更を加えることが可能である。  
例えば、上記実施形態では、基板２に実装される光素子として例えば光モジュール１、２０１及び３０１を挙げて説明したが、例えば受光素子であるフォトダイオード等を用いた場合であっても本発明の適用は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る光モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図３】面発光レーザの構成を示す底面図である。
【図４】パッケージの構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光モジュールの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光モジュールの別構成を示す断面図である。
【図７】本発明に係る電子機器（携帯電話）を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２０１、３０１…光モジュール  ２…基板  ３…面発光レーザ  ４…パッケージ  ４ｄ…口部  ８…パッド端子  １１…導電性粒子  １２…樹脂  １３…アンダーフィル剤  １４…接着部材  １５…半導体素子  １６…バンプ  １０００…携帯電話機本体  １１００…時計本体
【図１】
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【図２】
2005353637.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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